快速制造和材料.pdfVIP

RP技术与快速横襄错谴 快速制造与材料’ 曹瑞军王素琴卢秉恒 (西安交通大学) 攮 要本文介绍了各种RP酬方法和材料，详细讨论了SL法用激光固化树脂的性能要求和如何 从树脂本身上减少或消除固化时的体积收缩以覆这种材料的发展状况． 关键调快速成型 光圈化树脂 自由基加成聚合 阳离子开环聚合螺环化合物桥环化合物 1．前言 随着科学的进步与发展，制造方法也由传统的纯手工、机械法向智能化发展，使制造速 度大大加快，称之为快速制造(Rapid 科学的发展和计算机在各个领域的普及应用，使制造行业发生了划时代的变化。我们知道现 代大工业制造过程中的关键步骤就是模型、模具的制造。不管是金属才料的铸造、冲压，还 是高分子材料的浇铸、注塑、荆塑、吹塑、吸塑、模压以及玻璃等无机高分子材料制品制造 等都必须通过模具进行。而一套模具从设计、修改到正式使用，不仅需要具大的人力物力， 而且需要很长的周期，根本不能适应现代工业迅速改型换代的要求。而快速制造就是用计算 机将系统科学、信息科学、控制科学以及仿真科学容为一体的制造方法。它将一个复杂的制 造过程大为减化，不仅设计、修改方便，而且大大提高了制造的可靠性和再现性，特别是使 制造速度大幅度提高。传统方法需要几月甚至几年才能制造出来的样件，快速制造只要几小 时或几天就可完成。因而快速制造技术很快发展起来，成为现代制造工业的重要标志· 2．快速制造法概述 快速制造过程可用图i的示意框图说明。人们设计一个三维立体模型输入到计算机里， 也可以仿造一个已知的样件，通过非接触测绘系统将其立体三维数据直接传输给计算机，计 算机将获得的三维立体模型以一定的高度分层，得到一个个二维平面图形，并按照此二维平 面图 圈1快速制造示意框图 形控制激光束进行一层层的加工，就可得到与原模型完全相同的样件。用激光束进行加工是 将加工材料用激光束切割或固化成所需要的形状后一层一层地叠加起来，称之为材料递增法 { 冒家“九五”重点攻关项目西安交通大学博士学位论文基金资助项目 快速制造与材料 (MaterialIncress 的形状都可以很容易地制造出来。那么用什么样的加工材料着实使人们下了一番功夫，可 以说RP＆M方法的发展始终伴随着制造材料的发展。如美国DTM、MIT等公司研究的激光选择 Laser 烧结粉末材料法(Selective 薄薄地铺一层．计算机控制激光束扫描一个确定的二维平面图形，将粉末微粒烧结粘合成整 体。这样馓完一层再铺一层，一直往下进行，就形成一定形状的三维实体。 Stratasys，PerceptionSystems等研究的熔化凝结法(FusedDepositionMfg)，简称FDM法。 它是由计算机控制一个可xY向移动的很细的喷嘴，此喷嘴的中央装有低熔点合金丝或石蜡， 类似于可二维扫描的激光束，在进行二维扫描时将熔化的合金丝或石蜡喷到先一层的上面． 料制造法(LaminatedObjectMfg)，简称LOM法。它是由计算机控制激光柬切割一个传动的 半固化的塑料膜带或者是一面涂有胶粘剂的传动的纸带，按二维平面图形切割的塑料膜或纸 带落下去一层层的叠加起来，就形成了一定的三维模型。 以上各种RPM法的共同特点用计算机控制的智能化制造，自动他成度高，速度快。不同 之处在于所用的制造材料不同而形成的制造方法不同。各种方法各有优缺点，在速度上、精 度上、材料的性能上不尽令人满意。正在兴起的，也是最有发展前景的是以美国3D公司为主 研究的立体光造型法(Stereolithography)，简称SL法。 3．sL法与材料 这种方法所用的材料是光固树脂。这种树脂在固化前是液体状态，粘度很小。当计算机 控制激光柬扫描在液面上时立刻转变成固态。制造过程如图2所示。液体光固化树脂盛在一 个池子里面，池子里有一个由二计算机控制的可以升降的托盘，将托盘升到液面顶部，距液 面有一定的距离，由计算机控制偏转镜扫描一个确定的二维平面图形．则托盘上形成 图3 立体光造型示意图 一个二维的固态平面样件。计算机控制升降托盘下降一定高度，待液面铺平后．再由计算机